Doherty功放在數字電視前端發射機中的應用

　　1 Doherty功率放大器原理概述

　　Doherty功率放大器是一種專門針對非恒定包絡的調制信號的高效線性功率放大器，由美國Bell實驗室的射頻工程師W.H.Doherty于1936年首次提出。其原理如圖1所示。

　　Doherty放大器主要由載波放大器和峰值放大器兩個功率放大單元組成。信號從放大器的輸入端進入，經過功分器分成兩路分別輸入載波放大器和峰值放大器。經過放大器之后兩路信號最終在末端直接耦合輸出。Doherty功率放大器的最主要的特點在于它有兩個結構相同，靜態工作點偏置不同的放大單元，通常將載波放大器設置成AB類放大器，而峰值放大器的偏置設置為C類放大器。Doherty放大器的另一個特點是載波放大器和峰值放大器的結構和半導體特性的一致性要求很高。

　　主功放工作在B類，當輸入信號比較小的時候，只有主功放處于工作狀態;當管子的輸出電壓達到峰值飽和點時，理論上的效率能達到78.5%。如果這時候將激勵加大一倍，那么，管子在達到峰值的一半時就出現飽和了，效率也達到最大的78.5%，此時輔助功放也開始與主放大器一起工作(C類，門限設置為激勵信號電壓的一半)。輔助功放的引入，使得從主功放的角度看負載減小了，因為輔助功放對負載的作用相當于串聯了一個負阻抗，所以，即使主功放的輸出電壓飽和恒定，但輸出功率因為負載的減小卻持續增大(流過負載的電流變大了)。當達到激勵的峰值時，輔助功放也達到了自己效率的最大點，這樣兩個功放合在一起的效率就遠遠高于單個B類功放的效率。單個B類功放的最大效率78.5 %出現在峰值處，現在78.5%的效率在峰值的一半就出現了。所以這種系統結構能達到很高的效率(每個放大器均達到最大的輸出效率)。

　　2 利用計算機軟件仿真Doherty功率放大器

　　在微波電路仿真中，ADS軟件相對比較成熟。這里就是利用ADS仿真軟件來實現全匹配的Doherty功率放大器仿真。圖2是系統仿真示意圖。

　　圖3是Doherty功率放大器傳輸功率增益和效率的仿真結果圖

　　從傳輸效率增益可以看出該放大器功率在15 dB，其P1dB在49 dBm，P3dB壓縮點達到50 dBm，從效率圖上可以明顯看出在功率回退P6dB的效率達到52%，遠高于傳統的AB類放大器，這充分體現了Doherty功率放大器的優點。

　　3 Doherty功率放大器實際電路設計

　　根據理論分析，設計了Doherty功率放大器實際應用電路。采用的是飛思卡爾公司的功率放大器芯片。具體設計電路如圖4所示。

　　4 實驗驗證和測試結果分析

　　對于一般的RF板材，其介電常數會隨著放大器工作時發熱導致的溫度變化而變化，從而導致整個電路損耗也不穩定，影響電路性能。因此采用RF35型號板材作PCB電路板，其介電常數在放大器工作時發熱導致的溫度變化比較穩定。利用頻譜分析儀和頻率信號發生器，對功率放大器進行測試，得出的測試結果為Doherty功率放大器在輸出功率36 dBm的情況下，效率為28%，實際測試結果與仿真結果有一定的差距，但

　　總體上結果還是較為吻合的，如圖5所示。

　　5 結語

　　將Doherty功率放大器引入數字電視前端發射機系統，大大提高了前端發射系統的效率，通過結合相應的線性化技術，比如前饋技術，就可以使得數字電視前端發射機的整機性能在效率和線性度上得到充分的保證。通過測試結果表明，Doherty技術能夠較好地滿足現代無線通信系統對功率放大器的要求，將有非常廣闊的應用前景。